センサーの付加製造：概要

出典: 揚子江デルタG60レーザーアライアンス

米国のアクロン大学の研究者らは、センサーの付加製造に関する研究を検討した。「センサーの付加製造：包括的レビュー」と題された関連論文が、International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology に掲載されました。

センサーは環境の変化を検知し、さまざまなシステムを監視するために不可欠であるため、センサーの開発と製造は現代の工学にとって大きな意義を持っています。従来の製造方法はセンサーを製造する最も一般的な方法ですが、積層造形法（一般に 3D プリンティングとして知られています）は効率的な代替手段として徐々に人気が高まっています。積層造形センサーは多くの工学分野に適用可能ですが、積層造形法を使用してセンサー全体（ハウジング構造とセンシング要素を含む）を製造することは依然として困難です。この記事では、AM プロセス、材料、および AM プロセスを使用して全体的または部分的に製造されるセンサーの用途について包括的に分析します。完全に 3D プリントされたセンサーの開発を制限する材料開発と処理における主要な問題が強調されています。さらに、グリーンテクノロジーにおける積層造形センサーの役割についても検討します。このレビューにより、研究者はさまざまな用途のセンサーを製造するために使用されるプロセスと材料について包括的な理解が得られることが期待されます。

図 1 完全に 3D プリントされたソフト圧力センサー図 2 誘導センサーの開発に使用されたハイブリッド製造プロセス全体の概略図図 3 ボトムアップアプローチを使用したバット光重合のセットアップの概略図図 4 材料押し出しプロセスの概略図図 5 マルチ材料直接インク書き込みシステム図 6 触覚センサーの積層製造プロセスの概要。ガラス基板上の層状構成 (a、b、c) と連続ステップ (d) を強調表示しています。
図 7 積層造形技術で製造されたウェアラブルセンサーのサイズ、柔軟性、および概略図図 8 シリコンセンサーとマイクロ流体デバイスの統合。 (a) 多孔質シリコン (Psi) センサーを内蔵した 3D プリントマイクロ流体デバイス。(b) デバイス断面層の概略図図 9 形状と設計の適応性を示すハイドロゲルエラストマー積層造形デバイスの概略図図 10 40% PEGDA ハイドロゲルに基づく液体センサー (a) センサー回路図。(b) 4 µL の吸水後の電気感度テスト。(c) 2 回のテストで水が拡散した後の 2 番目のブランチの抵抗変化。(d) 電気感度テスト中のすべてのブランチの抵抗変化図 11 pH 感受性ハイドロゲルの積層造形図 12 3D プリント COVID-19 テストチップ (3DcC) の製造プロセス
図 13 スマートフォンのユーザーインターフェースに基づく信号検出図 14 生体電気パッチのコンポーネントの概略図 (a) と前腕に装着した生体電気パッチを使用した汗中の Ca2+、Na+、K+ レベルの測定 (b)。
このレビューでは、完全な 3D プリントセンサーとハイブリッド 3D プリントセンサーに関する情報を提供し、センサー製造の課題とグリーンテクノロジーにおけるセンサーの役割について説明します。センサーを製造するためのいくつかの付加製造技術が紹介されています。市販の積層製造システムでは、必要なセンシング材料やセンサーハウジング材料を製造できないことがよくあります。こうして研究者たちは、積層造形技術を用いてセンサーを製造するために適切なカスタマイズを行うことに成功した。ただし、センサーのハイブリッド製造には、市販の積層製造システムが広く使用されています。センサー（センシング材料およびハウジング）の製造には、ハイドロゲル、フォトポリマー、ポリマー、金属、セラミックなど、さまざまな材料が使用されます。材料の最適化はセンサー開発において重要な役割を果たします。最後に、センサーの機械的、生体医学的、化学的応用について説明します。ハイブリッド 3D プリントセンサーに関する研究論文の数は、ここ数年で大幅に増加しています。しかし、これは、ほとんどの場合にセンサーを完全に 3D プリントできない理由を知る機会となりました。適切な問題を解決することで、完全に 3D プリントされたセンサーへの扉が開かれます。機能性材料（変形可能材料）の付加製造は、センサーの分野で多くの研究機会をもたらします。

論文リンク:
Hossain, MJ, Tabatabaei, BT, Kiki, M. 他「センサーの付加製造：包括的レビュー」Int. J. of Precis. Eng. and Manuf.-Green Tech. (2024). https://doi.org/10.1007/s40684-024-00629-5

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